ZHCAEZ6 February 2025 LMX1205

5 將轉(zhuǎn)換率規(guī)則應(yīng)用于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)是信噪比 SNR。信噪比是固定抖動(dòng)（取決于熱噪聲、分辨率和其他頻率無關(guān)因素）與抖動(dòng)引起的 SNR 的組合。

方程式 20.

S N R = - 10 \times l o g [(10^(- S {N R}_{J i t t e r} / 10) + (10^(- S {N R}_{F i x e d} / 10)]

可以使用以下公式計(jì)算由抖動(dòng)引起的 SNR（節(jié) 8）：

方程式 21.

{S N R}_{J i t t e r} = - 20 \times l o g [2 π \times f \times σ]

此外，抖動(dòng)（不包括采樣信號(hào)）是時(shí)鐘抖動(dòng)和孔徑抖動(dòng)的組合。

方程式 22.

σ_{t} = \sqrt{{σ_{C l o c k}}^{2} + {σ_{A p e r t u r e}}^{2}}

最后，節(jié) 8說明了在受轉(zhuǎn)換率限制的情況下，時(shí)鐘功率每增加 1dB，SNR 即提高 1dB。圖 5-1 將這些公式應(yīng)用于實(shí)際測(cè)量，在能為下一個(gè)高速轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)帶來優(yōu)勢(shì)的實(shí)用時(shí)鐘注意事項(xiàng)中對(duì)這些測(cè)量進(jìn)行了深入介紹。在本例中，輸入時(shí)鐘具有固定 25MHz 頻率，但使用了可變振幅在 5MHz 和 30MHz 采樣信號(hào)下對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行時(shí)鐘計(jì)時(shí)。轉(zhuǎn)換率受限趨勢(shì)線顯示 dB/1dB 趨勢(shì)，5MHz 和 30MHz 趨勢(shì)線之間的間隔為 20×log(30MHz/5MHz) = 15.6dB。在振幅較低（如 -15dBm）時(shí)，性能受轉(zhuǎn)換率限制，我們還看到 5MHz 和 30MHz 時(shí)鐘測(cè)量之間存在同樣的 15.6dB 間隔。在較高的輸入振幅下，一些其他因素占優(yōu)，這些因素不受轉(zhuǎn)換率的影響。其結(jié)果是曲線中沒有完整的 15.6dB 差異，但實(shí)際上在較高的輸入功率級(jí)別下會(huì)更接近 5dB 左右。

圖 5-1 使用 Rohde and Schwarz SMA100B 信號(hào)發(fā)生器時(shí)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器 SNR 與輸入時(shí)鐘功率間的關(guān)系

為了說明抖動(dòng)對(duì)采樣信號(hào)的影響，使用了噪聲較高的信號(hào)發(fā)生器重復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，如圖 5-2 所示。在這兩個(gè)圖中，通過使用噪聲較高的信號(hào)發(fā)生器，兩個(gè)采樣頻率下受轉(zhuǎn)換率限制的情況降低了 3dB。在不受轉(zhuǎn)換率限制的情況下，信號(hào)發(fā)生器在 5MHz 采樣頻率下產(chǎn)生 2dB 差異，在 30MHz 采樣頻率下產(chǎn)生 8dB 差異。對(duì)于這兩個(gè)圖，可以推斷出 SNR 的固定部分和抖動(dòng)部分，如表 5-1 所示。節(jié) 8介紹了推斷方法。除了方程式 34 中提到的時(shí)鐘抖動(dòng)和孔徑抖動(dòng)之外，該抖動(dòng)還包括采樣信號(hào)抖動(dòng)。

圖 5-2 使用 Agilent 4438C 信號(hào)發(fā)生器時(shí)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器 SNR 與輸入時(shí)鐘功率間的關(guān)系

表 5-1 推斷抖動(dòng)的計(jì)算

信號(hào)發(fā)生器	抖動(dòng)	f	SNR	SNR_Jitter	SNR_Fixed
Rohde & Schwarz SMA100B	440.91fs	5MHz	85	97.092	85.277
Rohde & Schwarz SMA100B	440.91fs	30MHz	80	81.529	85.277
Agilent 4438C	1296.71fs	5MHz	83	87.800	84.747
Agilent 4438C	1296.71fs	30MHz	72	87.800	84.747

ADC3683 的數(shù)據(jù)表提供的孔徑抖動(dòng)為 180fs。表 5-1 中的抖動(dòng)是時(shí)鐘抖動(dòng)和孔徑抖動(dòng)的組合。在這種情況下，時(shí)鐘抖動(dòng)大于孔徑抖動(dòng)。